1、 題目 ：數字頻帶傳輸系統仿真及性能分析-QPSK及循環碼 學院：大數據與信息工程學院 班級：通信112 姓名：秦天義 學號：1108060383 指導教師：楊平 2014年7月7日 一QPSK通信系統原理與仿真 QPSK系統框圖介紹在圖1的系統中，發送方，QPSK數據源采用隨機生成，信源編碼采用差分編碼，編碼后的信號經QPSK調制器，經由發送濾波器進入傳輸信道。接收方，信號首先經過相位旋轉，再經匹配濾波器解調，經閾值比較得到未解碼的接收信號，差分譯碼后得到接收信號，與信源發送信號相比較，由此得到系統誤碼率，同時計算系統誤碼率的理論值，將系統值與理論值進行比較。對于信道，這里選取的是加性高斯白

2、噪聲以及多徑Rayleigh衰落信道。QPSK數據源差分編碼器QPSK調制器發送濾波器衰減相位旋轉相位同步積分與清除符號同步器閾值比較差分譯碼器計算BER噪聲圖1 QPSK系統框圖在實驗中，選用的是差分碼。差分碼又稱為相對碼，在差分碼中利用電平跳變來分別表示1或0，分為傳號差分碼和空號差分碼。傳號差分碼：當輸入數據為“1”時，編碼波型相對于前一碼電平產生跳變；輸入為“0”時，波型不產生跳變。空號差分碼：當輸入數據為“0”時，編碼波型相對于前一碼電平產生跳變；輸入為“1”時，波型不產生跳變。 概述QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的縮略語簡稱，意為正交相移鍵

3、控，是一種數字調制方式。它以其抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高等優點，廣泛應用于數字微波通信系統、數字衛星通信系統、寬帶接人、移動通信及有線電視系統之中。 QPSK調制解調仿真過程及其波形圖QPSK解調方法由于QPSK信號可以看作兩個正交2PSK信號的疊加，用相干解調方法，即用兩路正交的相干載波，可以很容易的分離出這兩路正交的2PSK信號。解調后的兩路基帶信號碼元a和b，經過并串變換后，成為串行數據輸出。 一QPSK調制過程及其波形圖本課題QPSK調制解調過程的信號源選定為伯努利二進制隨機信號。其參數如圖3所示,波形如圖4所示:圖3 伯努利二進制信號發生器參數圖4輸入數字信號序列對輸入基

4、帶數字信號有串并變換電路分為兩個并行序列，分別如下圖5所示。其中圖6中是輸入序列的奇數序列，圖7是實序列的偶數序圖5 經過串并轉換的序列圖6經過串并轉換的序列隨后兩路信號分別經過單/雙極性轉換器將此前的單極性信號轉換為雙極性信號。其兩路轉換后相對應的波形如圖3.5a和圖3.5b所示：圖7經過單/雙極性轉換后的序列圖3.5b 經過單/雙極性轉換后的信號所加相干載波的波形分別為3.6a和3.6b所示:圖3.6a 0相位正弦載波信號圖3.6b 相位正弦載波信號-此時，經過雙極性轉換的信號一路與相位為0的正弦載波相干，另一路則與相位為的正弦載波相干。信號相干后的波形如圖分別為圖3.7a和圖3.7b所示

5、：圖3.7a 經載波相干后的信號圖3.7b經載波相干后的信號其中與信號相干的0相位正弦載波和相位正弦載波的參數分別如圖3.8a和圖3.8b所示：圖3.8a 0相位相干正弦載波參數圖3.8b 相位相干正弦載波參數相干后的兩路信號在經過一個相加模塊，就得到了QPSK信號。經調制后的QPSK信號如圖3.9所示：圖3.9 經調制后的QPSK信號QPSK解調過程及其波形圖QPSK信號通過加兩路相位分別為0和的正弦載波進行相干解調。解調后信號的波形分別如圖3.10a和3.10b所示：圖3.10a 0相位載波相干后信號圖3.10b 相位載波相干后信號其兩路正弦載波的參數分別與圖7和圖8相一致。經過載波相干后

6、的信號通過低通濾波器進行低通濾波處理。其低通濾波后的信號的波形分別如圖3.11a和3.11b所示圖3.11a 低通濾波后的信號圖3.11b低通濾波后的信號此時信號經過抽樣判決后將模擬信號轉換為數字信號序列經抽樣判決后信號的波形分別如圖3.12a和3.12b所示：圖3.12a 經抽樣判決后信號圖3.12b 經抽樣判決后信號然后將這兩路雙極性信號轉換成單極性二進制信號，轉換后的單極性二進制信號分別如圖3.13a和3.13b所示：圖3.13a 經極性轉換后的信號圖3.13b經極性轉換后的信號最后通過并/串轉換器將信號放置其奇數位，將另信號放置其偶數位，轉換成一路二進制單極性信號，此時的信號即是QPS

7、K信號解調后最終的信號。信號的解調信號如圖3.14所示：圖3.14 信號的解調信號二QPSK調制解調仿真過程誤碼曲線為了最后能夠更好的驗證此次課題的正確性，本人將QPSK調制與解調過程放置于一個系統中。所以從理論上來說，信號源發送的伯努利二進制隨機信號經過調制之后，再經過解調，結果得到信號應該與信號源發送的伯努利二進制隨機信號相一致。經驗證，解調后的波形和調制前的波形是相一致，波形如圖3.15所示：圖3.15發送信號與調制解調后信號由圖3.15可見，解調后的波形和調制前的波形是一致的（其調制解調過程中會有一定的延遲），因此可以證明此次QPSK調制解調的SIMULINK實現過程是正確的。 QPS

8、K系統誤碼率及仿真誤碼曲線（無信道編碼） 在QPSK體制中，因噪聲的影響使接收端解調時發生錯誤判決，是由于信號矢量的相位發生偏離造成的。設為接收矢量（包括信號和噪聲）相位的概率密度，則發生錯誤的概率為： 省略計算和Pe的繁瑣過程，直接給出計算結果：上式計算出的是QPSK信號的誤碼率。若考慮其誤比特率，正交的兩路相干解調方法和2PSK中采用的解調方法一樣。所以其誤比特率的計算公式也和2PSK的誤碼率公式一樣。二實現信道編碼和譯碼-循環碼在循環碼編碼模塊的程序中，主要是根據一個輸入的消息矢量從而產生（15，7）循環碼編碼后的序列。（1）輸入矢量為1 1 0 0 1 1 0時的編碼輸出序列如下圖所示

9、： 圖3-1 （15,7）循環碼的編碼程序仿真結果圖（1）（2）輸入矢量為1 1 1 0 0 0 0時的編碼輸出序列如下圖所示： 圖3-2 （15,7）循環碼的編碼程序仿真結果圖（2）由上圖可看出，本程序實現了對任意輸入消息進行（15,7）循環碼的編碼。3.3 （15,7）循環碼的譯碼在MATLAB環境下實現對任意碼的編碼（1）將3.2中編出的碼字輸入譯碼程序中可得圖3-3 （15,7）循環碼的譯碼程序仿真結果圖由上圖可以看出，用編出的碼字譯碼，沒有錯誤，正確譯出原碼。驗證了譯碼程序的正確性。（2）將3.2中編出的碼字改變一位作為譯碼程序的輸入，譯碼程序仿真輸出為中可得 圖3-4 （15,7）

10、循環碼的糾一位錯程序仿真結果圖由上圖可以看出本程序可以正確糾正一位錯碼。 循環碼的誤碼率及誤碼曲線為了得到循環碼仿真系統信號誤碼率與信道差錯概率之間的曲線圖，可以編寫如下M文件，對循環碼的仿真模型進行仿真，此時二進制均衡信道的差錯概率設置為errB，M源文件和曲線圖如下。程序3.1：clear all;close all;er=0:0.01:0.05;for n=1:length(er) errB=er(n) sim('Cyclic_1') S(n)=mean(ss)'endplot(er,S)xlabel('ErrorPorbability')ylab

11、el('Probability of Error Pe')grid循環碼的性能曲線圖如下：圖3.8 循環碼的誤碼率曲線圖同時編寫M文件無循環碼的仿真系統繪出信號誤碼率與差錯概率之間的關系曲線圖，此時二進制均衡信道的差錯概率設置為errB。源文件和曲線圖如下。程序3.2：clear all;close all;er=0:0.01:0.05;for n=1:length(er) errB=er(n) sim('Cyclic_3') S1(n)=mean(sss)'endplot(er,S1)xlabel('ErrorPorbability')

12、ylabel('Probability of Error Pe')Grid將調制時的基帶信號改為給定信號PCM編碼 將PCM和QPSK進行組合時，首先對信號進行PCM編碼與QPSK調制，然后將調制信號送入已加入高斯白噪聲的信道中傳輸。再將信號進行QPSK調制和PCM譯碼。組合系統的仿真電路圖如圖有所不同的是在進行QPSK調制前信號必須進行幀轉換這一階段，即系統將經過PCM編碼量化的n個比特序列以幀的形式輸出，即每一幀含有n個比特。在QPSK解調后再對其進行碼變換。擴展部分在本次綜合訓練運用了matlab軟件建立工作模型，在仿真的過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和老師同

13、學的幫助都一一解決，總結分析分析如下： 1、在解調時沒有加噪聲出現誤碼率。 解答辦法：出現誤碼數據時，可以根據示波器的輸出波形，合理修改誤碼器中的receive delay的數據就可以使誤碼數據為零。 2、示波器中的波形只出現一部分。 解決辦法：雙擊示波器，修改data history中的limit data points to last的數據，再重新運行Simulink觀察示波器即可看到準確圖形。4、 課程設計心得通過這三個星期的學習和實踐，我對qspk調制解調及循環碼的編、譯碼原理，性能有了初步的了解，并對MATLAB/simulink仿真軟件有了更深的了解。而且能夠利用Matlab和simulink的初步知識設計出一個簡單的模擬仿真系統，使其能夠體現出循環碼差錯控制編碼系統的部分性能。在這次建模仿真設計中，起初我出現了很多次錯誤，模塊參數的設置總是不對。通過老師的幫助和自己的理解，錯誤被一一解除，